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摘要：凤滩水电站新厂岩锚梁为钢筋混凝土悬臂吊车梁，2008年12月，在上游侧岩锚梁共发现15条裂缝，随后对其进行了化学灌浆处理，根据处理前后其变形、锚杆的受力等监测成果及承载试验数据对岩锚梁安全性态进行分析，认为岩锚梁运行稳定，其承载能力满足设计要求。文章简要介绍了裂缝情况，并分析了岩锚梁的承载能力。
关键词：水电站；岩锚梁；承载能力；围岩；裂缝
中图分类号：TV731 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）17-0130-02
岩锚悬臂吊车梁是水电站地下厂房的一种特殊结构形式，它通过注浆锚杆（或锚索）将钢筋混凝土梁固定在岩壁上，梁体承受的全部荷载通过锚杆（或锚索）和混凝土与岩台的接触面传递给围岩。地下洞室采用这种承重结构，不仅可以缩小厂房跨度，有利于围岩稳定，而且可以提前安装临时桥吊和永久性桥吊，加快厂房下部岩体的开挖，方便混凝土的浇筑以及发电机组的安装，经济效益十分显著。
1 凤滩水电站新厂地下厂房及岩锚梁裂缝情况简介
（1）凤滩水电站新厂地下厂房洞室群位于大坝左岸山体中，地下厂房纵轴线为NE95°，主厂房机组间距23.5m，安装间长38.5m，布置在主机间东端，主厂房全长88.5m，主厂房岩锚梁以上宽24.8m，以下宽23.0m，拱顶高程152.5m，主变洞平行布置在主厂房下游侧，与主厂房之间岩壁厚度为32.0m，与主厂房有母线廊道、公用配电廊道、主变运输洞相通。
（2）2008年12月，在上游侧岩锚梁共发现15条裂缝，下游侧岩锚梁共发现9条裂缝。用裂缝塞尺测量裂缝，上游侧最宽达0.4mm，下游侧最宽达1.2mm（6#裂缝）。因被内侧装修砌砖墙挡隔，无法全面检查岩锚梁砼与开挖面喷混的表面是否存在裂缝，也无法判断其是否具有贯穿性。从砌砖墙的5个维修门内没有发现附近有裂缝。
2009年11月在进行岩锚梁裂缝施工拆除装饰板时，发现下游边墙的6#裂缝比以前外露部分要宽，并且发现其上岩壁有一条岩层错动缝隙，方向为与水平约成30°角且倾向西端墙（岩锚梁1-1断面），根据地质资料发现，此部位附近存在若干条夹层贯穿上下游围岩，尤以Pb6-6夹层最为接近6#缝和岩层错动缝，岩层错动缝走向大致与Pb6-6走向一致。
此外，6#裂缝大约位于桩号CZ0-007（岩锚梁3-3断面）处，其上部拱角发现掉块现象，其下部有2#母线洞通过，示意图如下：
图1
2 岩锚梁承载能力分析
2.1 岩锚梁承载试验简述
新厂地下厂房岩锚梁尺寸为1800×2800（宽×高），采用三维有限元及刚体极限平衡等多种方法计算岩锚梁结构锚杆应力正常。后由于厂方开挖，导致岩锚梁结构锚杆应力异常，根据实际情况和专家的建议，在厂房上、下游主机间段岩锚梁下部设混凝土扶壁墙，以增加对岩锚梁的支撑，保证岩锚梁的稳定。
岩锚梁浇筑完成后，结合桥机试验进行现场的承载试验，验证设计和施工质量，根据观测仪器和现场检查发现的情况，检验结构的承载能力是否达到设计吨位，论证梁体在有限超载状态下是否处于正常的工作状态。
承载试验为非破坏试验，根据有关规范，加载由小到大分级递增，荷载分为五级，分别为0.5、0.75、1.0、1.15倍设计承载能力的动载试验和1.2倍设计承载能力的静载试验。
2.2 岩锚梁承载试验要求
（1）在桥机空载时，对岩锚梁部位、主厂房（1-1和2-2断面）及拱顶四面体的所有仪器观测一次，并对岩锚梁的5个观测断面进行一次收敛观测。
（2）桥机加载至0.5倍设计承载能力（即为2500kN）时，要求桥机大车在以下四个区域内分别进行往返运行，每个区域运行时间各为20分钟，四个区域分别为：①CZ0-41～CZ0-23；②CZ0-23～CZ0-07；③CZ0-07～CZ0+15；④CZ0+15～CZ0+32。
在区域①内运行时，对上下游岩锚梁1和2断面、主厂房1断面上下游侧的所有仪器观测一次，同时对岩锚梁1和2断面进行收敛观测一次。
在区域②内运行时，对上下游岩锚梁2和3断面的所有仪器观测一次，同时对岩锚梁2和3断面进行收敛观测一次。
在区域③内运行时，对上下游岩锚梁3和4断面、主厂房2断面上下游侧的所有仪器观测一次，同时对岩锚梁3和4断面进行收敛观测一次。
在区域④内运行时，对上下游岩锚梁4和5断面的所有仪器观测一次，同时对岩锚梁4和5断面进行收敛观测一次。
（3）桥机分别加载到0.75、1.0、1.15倍设计承载力，即3750kN、5000kN、5750kN时，重复上述步骤2）。
（4）当荷载加至1.2倍设计承载能力，即6000kN时，桥机应分别停止于岩锚梁的5各断面（即CZ0-41、CZ0-23、CZ0-07、CZ0+15、CZ0+32）。
当桥机停于CZ0-41断面10分钟后，对桥机空载时的所有观测过的仪器重新观测一次，同时进行岩锚梁5个断面的收敛观测（需时约30分钟）。
当桥机停于其他四个断面10分钟后，只需对桥机所在的岩锚梁上仪器观测一次，同时进行相应部位收敛观测（需时约10分钟）。
（5）桥机完全卸荷后30分钟，再把桥机空载时所有观测过的仪器再观测一次，同时进行岩锚梁5个断面的收敛观测。
2.3 岩锚梁承载试验监测资料
岩锚梁承载试验于2003年12月14日至16日进行，按照相关要求所观测到的资料如下：
（1）上、下游岩锚梁梁体的收敛观测。桥机分别在空载、加荷、卸荷时，与首次观测值相比，岩锚梁5个断面的收敛变化量情况如下（注：没有查询到加荷366吨承载试验资料）：
从表中数据可以知道，除个别数据可能人为误测外，其他数据表明岩锚梁在承载试验中的三个不同状态下的收敛值变化很小，而且均表现为一定的弹性，经加荷后梁体的回弹率较高。因收敛观测的精度不高，上表数据仅能大致说明一般规律。 （2）上、下游岩锚梁应力监测。从岩锚梁承载试验观测资料分析，在承载试验过程中，岩锚梁各断面的所有锚杆应力计测值变化均在0～10kN之内（因无具体统计表，故只能从图形中大致估计），且从过程线中直观地显示在加荷、卸荷的过程中测值变化十分平稳。
（3）岩壁与梁体的接缝观测。同样根据上述资料显示，在实验全过程中，各断面的测缝计测值变化均在0～0.05mm的范围内且变化十分平稳。
（4）岩锚梁相关部位的锚索测力计监测。在进行岩锚梁承载试验时，对其相关部位的锚索测力计也同步监测，分别为主厂房1-1断面的4台锚索测力计CPR1-1～4和2-2断面的1台锚索测力计CPR2-2，从上述资料可以看出，各测值均在0～10kN的范围内变化且十分平稳。
（5）岩锚梁承载试验前后监测仪器测值变化情况。从已有的岩锚梁监测资料中，将试验期前后两天的测值对比，列出其变化量，可判断经过加荷后的梁体变形较小，回弹较好，与收敛观测情况相互印证。
（6）前期相关资料。2003年7月15日，使用桥机进行6#尾水肘管吊装，这是桥机安装成功后第一次负重运行试验，为保证桥机运行时岩锚梁的安全，在桥机运行试验中对岩锚梁各监测仪器分时段进行了全程监测，测获桥机运行前测值、运行中测值、停留后测值和终止后测值，并据此计算运行中的增量和运行后的残余量。从结果来看，岩锚梁3、4断面锚杆应力计的残余应力和测缝计的残余开度分别在1.00kN和0.05mm的量级内。
3 结论
岩锚梁是地下厂房的关键结构。基于厂房开挖揭示的地质资料、监测成果和施工过程，以及岩锚梁承载能力试验资料，对岩锚梁裂缝产生、发展作了相关性分析，初步结论如下：
（1）基于监测成果，推断岩锚梁裂缝形成的时间主要不在运行期间，而主要在地下厂房进行▽128以下开挖施工时前后时段。
（2）因存在夹层及两条母线洞穿过厂房下游侧墙，裂缝段围岩的差异（不均匀）变形是6#裂缝产生的主要原因。
（3）厂房1、2断面拱脚部位出现掉块现象，应该为近期深部岩层瞬间变形所引起。
（4）通过各种内观仪器及收敛观测，表明岩锚梁加载与卸载过程处于弹性工作状态，岩锚梁运行是稳定的，其承载能力满足设计要求，厂房围岩岩体是安全的。
关键词：水电站；岩锚梁；承载能力；围岩；裂缝
中图分类号：TV731 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）17-0130-02
岩锚悬臂吊车梁是水电站地下厂房的一种特殊结构形式，它通过注浆锚杆（或锚索）将钢筋混凝土梁固定在岩壁上，梁体承受的全部荷载通过锚杆（或锚索）和混凝土与岩台的接触面传递给围岩。地下洞室采用这种承重结构，不仅可以缩小厂房跨度，有利于围岩稳定，而且可以提前安装临时桥吊和永久性桥吊，加快厂房下部岩体的开挖，方便混凝土的浇筑以及发电机组的安装，经济效益十分显著。
1 凤滩水电站新厂地下厂房及岩锚梁裂缝情况简介
（1）凤滩水电站新厂地下厂房洞室群位于大坝左岸山体中，地下厂房纵轴线为NE95°，主厂房机组间距23.5m，安装间长38.5m，布置在主机间东端，主厂房全长88.5m，主厂房岩锚梁以上宽24.8m，以下宽23.0m，拱顶高程152.5m，主变洞平行布置在主厂房下游侧，与主厂房之间岩壁厚度为32.0m，与主厂房有母线廊道、公用配电廊道、主变运输洞相通。
（2）2008年12月，在上游侧岩锚梁共发现15条裂缝，下游侧岩锚梁共发现9条裂缝。用裂缝塞尺测量裂缝，上游侧最宽达0.4mm，下游侧最宽达1.2mm（6#裂缝）。因被内侧装修砌砖墙挡隔，无法全面检查岩锚梁砼与开挖面喷混的表面是否存在裂缝，也无法判断其是否具有贯穿性。从砌砖墙的5个维修门内没有发现附近有裂缝。
2009年11月在进行岩锚梁裂缝施工拆除装饰板时，发现下游边墙的6#裂缝比以前外露部分要宽，并且发现其上岩壁有一条岩层错动缝隙，方向为与水平约成30°角且倾向西端墙（岩锚梁1-1断面），根据地质资料发现，此部位附近存在若干条夹层贯穿上下游围岩，尤以Pb6-6夹层最为接近6#缝和岩层错动缝，岩层错动缝走向大致与Pb6-6走向一致。
此外，6#裂缝大约位于桩号CZ0-007（岩锚梁3-3断面）处，其上部拱角发现掉块现象，其下部有2#母线洞通过，示意图如下：
图1
2 岩锚梁承载能力分析
2.1 岩锚梁承载试验简述
新厂地下厂房岩锚梁尺寸为1800×2800（宽×高），采用三维有限元及刚体极限平衡等多种方法计算岩锚梁结构锚杆应力正常。后由于厂方开挖，导致岩锚梁结构锚杆应力异常，根据实际情况和专家的建议，在厂房上、下游主机间段岩锚梁下部设混凝土扶壁墙，以增加对岩锚梁的支撑，保证岩锚梁的稳定。
岩锚梁浇筑完成后，结合桥机试验进行现场的承载试验，验证设计和施工质量，根据观测仪器和现场检查发现的情况，检验结构的承载能力是否达到设计吨位，论证梁体在有限超载状态下是否处于正常的工作状态。
承载试验为非破坏试验，根据有关规范，加载由小到大分级递增，荷载分为五级，分别为0.5、0.75、1.0、1.15倍设计承载能力的动载试验和1.2倍设计承载能力的静载试验。
2.2 岩锚梁承载试验要求
（1）在桥机空载时，对岩锚梁部位、主厂房（1-1和2-2断面）及拱顶四面体的所有仪器观测一次，并对岩锚梁的5个观测断面进行一次收敛观测。
（2）桥机加载至0.5倍设计承载能力（即为2500kN）时，要求桥机大车在以下四个区域内分别进行往返运行，每个区域运行时间各为20分钟，四个区域分别为：①CZ0-41～CZ0-23；②CZ0-23～CZ0-07；③CZ0-07～CZ0+15；④CZ0+15～CZ0+32。
在区域①内运行时，对上下游岩锚梁1和2断面、主厂房1断面上下游侧的所有仪器观测一次，同时对岩锚梁1和2断面进行收敛观测一次。
在区域②内运行时，对上下游岩锚梁2和3断面的所有仪器观测一次，同时对岩锚梁2和3断面进行收敛观测一次。
在区域③内运行时，对上下游岩锚梁3和4断面、主厂房2断面上下游侧的所有仪器观测一次，同时对岩锚梁3和4断面进行收敛观测一次。
在区域④内运行时，对上下游岩锚梁4和5断面的所有仪器观测一次，同时对岩锚梁4和5断面进行收敛观测一次。
（3）桥机分别加载到0.75、1.0、1.15倍设计承载力，即3750kN、5000kN、5750kN时，重复上述步骤2）。
（4）当荷载加至1.2倍设计承载能力，即6000kN时，桥机应分别停止于岩锚梁的5各断面（即CZ0-41、CZ0-23、CZ0-07、CZ0+15、CZ0+32）。
当桥机停于CZ0-41断面10分钟后，对桥机空载时的所有观测过的仪器重新观测一次，同时进行岩锚梁5个断面的收敛观测（需时约30分钟）。
当桥机停于其他四个断面10分钟后，只需对桥机所在的岩锚梁上仪器观测一次，同时进行相应部位收敛观测（需时约10分钟）。
（5）桥机完全卸荷后30分钟，再把桥机空载时所有观测过的仪器再观测一次，同时进行岩锚梁5个断面的收敛观测。
2.3 岩锚梁承载试验监测资料
岩锚梁承载试验于2003年12月14日至16日进行，按照相关要求所观测到的资料如下：
（1）上、下游岩锚梁梁体的收敛观测。桥机分别在空载、加荷、卸荷时，与首次观测值相比，岩锚梁5个断面的收敛变化量情况如下（注：没有查询到加荷366吨承载试验资料）：
从表中数据可以知道，除个别数据可能人为误测外，其他数据表明岩锚梁在承载试验中的三个不同状态下的收敛值变化很小，而且均表现为一定的弹性，经加荷后梁体的回弹率较高。因收敛观测的精度不高，上表数据仅能大致说明一般规律。 （2）上、下游岩锚梁应力监测。从岩锚梁承载试验观测资料分析，在承载试验过程中，岩锚梁各断面的所有锚杆应力计测值变化均在0～10kN之内（因无具体统计表，故只能从图形中大致估计），且从过程线中直观地显示在加荷、卸荷的过程中测值变化十分平稳。
（3）岩壁与梁体的接缝观测。同样根据上述资料显示，在实验全过程中，各断面的测缝计测值变化均在0～0.05mm的范围内且变化十分平稳。
（4）岩锚梁相关部位的锚索测力计监测。在进行岩锚梁承载试验时，对其相关部位的锚索测力计也同步监测，分别为主厂房1-1断面的4台锚索测力计CPR1-1～4和2-2断面的1台锚索测力计CPR2-2，从上述资料可以看出，各测值均在0～10kN的范围内变化且十分平稳。
（5）岩锚梁承载试验前后监测仪器测值变化情况。从已有的岩锚梁监测资料中，将试验期前后两天的测值对比，列出其变化量，可判断经过加荷后的梁体变形较小，回弹较好，与收敛观测情况相互印证。
（6）前期相关资料。2003年7月15日，使用桥机进行6#尾水肘管吊装，这是桥机安装成功后第一次负重运行试验，为保证桥机运行时岩锚梁的安全，在桥机运行试验中对岩锚梁各监测仪器分时段进行了全程监测，测获桥机运行前测值、运行中测值、停留后测值和终止后测值，并据此计算运行中的增量和运行后的残余量。从结果来看，岩锚梁3、4断面锚杆应力计的残余应力和测缝计的残余开度分别在1.00kN和0.05mm的量级内。
3 结论
岩锚梁是地下厂房的关键结构。基于厂房开挖揭示的地质资料、监测成果和施工过程，以及岩锚梁承载能力试验资料，对岩锚梁裂缝产生、发展作了相关性分析，初步结论如下：
（1）基于监测成果，推断岩锚梁裂缝形成的时间主要不在运行期间，而主要在地下厂房进行▽128以下开挖施工时前后时段。
（2）因存在夹层及两条母线洞穿过厂房下游侧墙，裂缝段围岩的差异（不均匀）变形是6#裂缝产生的主要原因。
（3）厂房1、2断面拱脚部位出现掉块现象，应该为近期深部岩层瞬间变形所引起。
（4）通过各种内观仪器及收敛观测，表明岩锚梁加载与卸载过程处于弹性工作状态，岩锚梁运行是稳定的，其承载能力满足设计要求，厂房围岩岩体是安全的。